主動式太陽能使用類型

現(xiàn)代社會，隨著對居住辦公環(huán)境質量要求的提升，以及對環(huán)境控制更加精確性的要求，被動式太陽能利用己經越來越不能滿足要求，因此需要更多的太陽能能源利用、更復雜的設備組合和更精確的控制，包括光熱和光電的綜合利用，于是主動太陽能技術以及其對應的建筑由此產生。主動式太陽能指的是利用外部技術手段對太陽能進行收集、存儲、利用，為建筑本身提供能源的利用形式。主動式太陽能目前主要應用在建筑上，為建筑本身提供熱量，包括太陽能熱水、太陽能空調、太陽能通風、光伏發(fā)電等。目前國際上主要使用的有太陽能熱利用系統(tǒng)以及太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。按系統(tǒng)使用類型劃分，主動太陽能有以下幾種類型

主動式太陽能熱風集熱式供熱系統(tǒng)

在朝南或西屋面上布置太陽空氣集熱器，集熱器里面的空氣被加熱后通過碎石貯熱層后由風機送入房間以采暖，同時設置輔助熱源和控制調節(jié)裝置以保證能源的穩(wěn)定供給，是一種以利用太陽能光熱為主的建筑形式。

主動式太陽能地板輻射采暖兼熱水供應系統(tǒng)

熱水集熱式地板輻射采暖兼生活熱水供應系統(tǒng)是在屋頂或南向墻面設置收集太陽能的集熱器，熱媒水通過集熱循環(huán)水泵，輔助蓄熱水箱，供熱水箱，采暖循環(huán)水泵；輔助熱源和水循環(huán)泵，輔助加熱換熱器，地板輻射采暖盤管等向房問傳熱并提供生活熱水。

主動式太陽能太陽能空調系統(tǒng)

兼有供暖、制冷功能，是一種把太陽能光熱和光能轉換成其他能源的典型利用。由于空調能源消耗量大，節(jié)能效率大，如何把太陽能的光熱和光能合理轉換成空調制冷熱的能源供給是非常有意義的事情。

主動式太陽能光伏建筑系統(tǒng)

即將太陽能直接轉換為高級能源——電能，地球所接受的太陽能功率，平均每平方米為1353千瓦，也就是說，太陽每秒鐘照射到地球上的能量約為500萬噸煤當量，比目前全世界人類的能耗量大3。5萬倍。隨著一體化的推廣，在國外已有將太陽能電池與房屋的屋面結合在一起的事例，即建筑的屋面瓦就是太陽能發(fā)電設備的光電池，不需要其它任何裝置。

主動式太陽能零能住宅

它是指建筑物所需的常規(guī)能源消耗為零，全部能源供應均來自太陽能。這種100%靠太陽能供給的建筑，可以不需要電、煤氣、木材或煤，這樣就不需要煙囪和取暖爐，也沒有有害的廢氣排入空氣中，利于保護環(huán)境，是新一代最理想的太陽能建筑。

據是否需要外部驅動力，太陽能光熱應用主要有被動式和主動式兩種方式。被動式指通過合理布局建筑朝向和周圍環(huán)境，巧妙處理建筑內部空間和外部空間形體，以及恰當選擇建筑材料、結構和構造，以自然熱交換的方式，使房屋取得冬暖夏涼效果的建筑。

被動式太陽能系統(tǒng)，一般又稱被動式太陽房，是通過建筑朝向和周圍環(huán)境的合理布置，以及建筑材料和結構的恰當選擇，內部空間和外部形體的處理等，使得建筑物在冬季能夠充分吸收和貯存太陽輻射能，從而實現(xiàn)建筑采暖。

主動式太陽能系統(tǒng)是由太陽能集熱器、管道、風機或泵、儲熱裝置、室內散熱末端等組成的強制循環(huán)太陽能供熱系統(tǒng)，它將傳熱工質(水或空氣)通過太陽能集熱器輸送到蓄熱器或待供暖房間內。系統(tǒng)一般設有輔助熱源裝置，以保證供暖效果。就這兩種太陽能系統(tǒng)而言，被動式太陽能系統(tǒng)主要利用溫室效應的原理，其結構簡單、造價廉價、易于運行維護和管理，但是隨太陽能輻射的變化，集換熱效率比較低，空間內熱量變化波動大，主動式太陽能系統(tǒng)集換熱效率較高，系統(tǒng)熱量變化波動小，保溫效果好，能夠保證空間內的舒適度和環(huán)境質量，但投資大，系統(tǒng)比較復雜，運行管理困難。

隨著科技的進步和供暖舒適性要求的提升，主動式太陽能供暖受到了廣泛關注。主動式太陽能系統(tǒng)按照熱媒種類，可分為空氣式和熱水式；按照太陽能利用方式，可分為直接式和間接式；按照蓄熱方式，可分為顯熱蓄熱式、潛熱蓄熱式和化學蓄熱式；按照蓄熱時間，可分為短期蓄熱式和跨季節(jié)蓄熱式。

對于用于太陽能供熱的主動式太陽能系統(tǒng)，通常有以下幾方面組成

主動式太陽能太陽能集熱器

太陽能集熱器是太陽能供暖系統(tǒng)的核心部件。在太陽能供暖系統(tǒng)中采用的集熱器主要是經過改進的平板集熱器、真空管集熱器和復合拋物面(CPC)集熱器。綜合考慮集熱器保溫性能和安全可靠性，集熱器和供暖末端的組合形式各不相同。我國太陽能供暖中利用最多的是平板集熱器和真空管集熱器。

目前對主動式太陽能供暖系統(tǒng)中集熱器的研究主要集中在: 集熱器與建筑一體化設計，以實現(xiàn)建筑供暖的同時保證建筑美觀; 集熱器改進，以提高效率和集熱溫度; 系統(tǒng)集熱器面積的優(yōu)化; 集熱器最佳安放傾角等。

主動式太陽能輔助熱源

由于太陽輻射具有間歇、不穩(wěn)定性，一定時期內的供暖需求又具有連續(xù)性和穩(wěn)定性的特點，為了保證太陽能供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠性，滿足供暖舒適性的要求，必須設置輔助熱源。當前太陽能供暖系統(tǒng)的輔助熱源形式主要有電加熱器、燃油鍋爐、天然氣鍋爐、燃煤鍋爐、生物質鍋爐、城市熱網、工業(yè)余熱、熱泵等。

主動式太陽能蓄熱裝置

太陽輻射的周期性和不穩(wěn)定性使得太陽能與供暖需求出現(xiàn)了時間上的不匹配性，為了解決此問題，充分發(fā)掘太陽能資源潛力，太陽能供暖系統(tǒng)中常常需要配置蓄熱裝置。按照蓄熱時間長短，蓄熱裝置有短期蓄熱和長期蓄熱之分;按照蓄熱機理，蓄熱裝置有顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學蓄熱之分。對于短期蓄熱，主要的蓄熱方式有蓄熱水箱和相變蓄熱; 對于長期蓄熱尤其是跨季節(jié)蓄熱，較為常用的是顯熱蓄熱裝置，主要是熱水蓄熱、地埋管蓄熱、含水層蓄熱以及礫石 － 水蓄熱。

主動式太陽能在建筑領域的應用已有較長的歷史。在國外，特別是美國、德國、希臘、以色列、日本、韓國等國家，建筑領域中太陽能技術已得到越來越廣泛的應用。太陽能技術利用從低技術、輔助性逐漸向高技術、主導性的方向發(fā)展。由簡單的供暖能源，向太陽能熱水、太陽能發(fā)電以及太陽能制冷等方面多元化發(fā)展。在實際應用領域太陽房已從被動太陽房向主動太陽房發(fā)展，從僅用于偏遠地區(qū)向城市地區(qū)發(fā)展，從僅用于單層小型建筑向多層大型建筑發(fā)展，從僅用于居住建筑向公共建筑發(fā)展。

國外發(fā)達國家在被動式太陽能設計和利用方面的研究有著很長的歷史，技術已經較為成熟。為了更加有效的利用太陽能，20世紀40年代，最早的主動式太陽房在美國麻省理工學院研究成功，其利用太陽能集熱器作為熱源，采用太陽能供暖，空調技術，先后建成1，2號實驗房，主動式太陽能與建筑設計一體化的探索由此開始。隨著1970年以石油代表的傳統(tǒng)能源在世界范圍內的危機情況的出現(xiàn)，發(fā)達國家就開始尋找新能源，并開始發(fā)展可再生能源，給太陽能的發(fā)展帶來了前所未有的條件和機會，從70年代后開始太陽能利用在歐美發(fā)達國家得到了飛速的發(fā)展，科羅拉多州丹佛市的洛夫太陽房和華盛頓近郊的托馬森太陽房等主動式太陽能示范房建成，這些太陽房的成功表明太陽能集熱器與風機、泵、散熱器等組成的太陽能采暖系統(tǒng)或者與吸收式制冷機組成的太陽能空調及供熱系統(tǒng)的建筑在技術上完全是可行的，太陽能與建筑一體化設計前進了大大的一步。但由于投資太大，主動式太陽房的推廣及普及程度不及被動式太陽房；至90年代里約熱內盧會議以后，伴隨著環(huán)境問題太陽能無論在實踐還是在研究上都有了飛躍。這種飛躍不僅體現(xiàn)在量上，而且體現(xiàn)在質上，開發(fā)出更加高效的太陽能集熱器和吸收式制冷機，熱泵機組，以及太陽能電池為其提供采暖，空調、照明和用電，應用范圍才得以擴大。

目前，許多國家都研制成了許多新型太陽能熱利用的產品，并采用光伏發(fā)電，發(fā)展了與光電技術相結合的建筑。在日本佳能制造的無定型光伏屋頂板和由三洋制造的光伏屋頂瓦片，為光伏與屋面的一體化提供了最新的方式。德國弗萊堡著名的“完全自足太陽房”是一座完全依靠太陽能采暖、發(fā)電，而不依賴常規(guī)能源的零消耗建筑。該房建成后至今引起各界人士的密切關注，希望通過此項研究能使人類找到一條利用可再生的清潔能源的新路。

隨著全球資源逐漸匱乏與能源需求不斷增長之間的矛盾日益凸顯，太陽能作為綠色清潔能源受到越來越多的關注和研究，開發(fā)太陽能資源，尋求經濟發(fā)展的新動力是整個社會可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。太陽能作為可再生能源的代表，具有分布廣泛、儲量豐富及綠色清潔等特點。

主動式太陽能相比于被動式太陽能系統(tǒng)集換熱效率較高，系統(tǒng)熱量變化波動小，具有良好的供熱性能，能為建筑中的人員提供更為舒適的環(huán)境，具有良好的發(fā)展前景。

主動式太陽能采暖系統(tǒng)利用太陽能集熱器與載熱介質經蓄存及設備傳送向室內供熱，是太陽能采暖的一種類型，其命名與被動式太陽能采暖系統(tǒng)相對應。此系統(tǒng)由太陽能集熱器、儲熱裝置、傳遞設備、控制部件與備用系統(tǒng)組成。集熱器吸收太陽輻射使集熱器內的載熱介質如水或空氣的溫度升高，由水泵或風機傳送至儲熱裝置內，根據控制溫度經過熱交換器或直接送至散熱裝置向室內供熱，并有備用系統(tǒng)為陰天及供熱不足時使用。

《太陽能供熱采暖工程應用技術手冊》圍繞現(xiàn)行國家標準《太陽能供熱采暖工程技術規(guī)范》GB 50495—2009等相關規(guī)范展開，匯集了太陽能供熱采暖領域的最新研究成果和先進技術。本書的編寫宗旨是以工程應用為目標，針對實際需要，全面、系統(tǒng)地闡述了被動式太陽能采暖設計、太陽能供熱采暖負荷分析、太陽能集熱器、主動式太陽能供熱采暖系統(tǒng)的類型與特點、主動式太陽能供熱采暖系統(tǒng)的技術要求、主動式太陽能供熱采暖系統(tǒng)設計、主動式太陽能供熱采暖系統(tǒng)施工、太陽能供熱采暖系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保效益分析、太陽能供熱采暖系統(tǒng)測試與監(jiān)測和相關工程實例等內容；其中，又以主動式太陽能供熱采暖系統(tǒng)的設計、施工、監(jiān)測及效益評估作為本書的主要內容；對太陽能供熱采暖的負荷分析、太陽能集熱器及系統(tǒng)的類型與特點、系統(tǒng)的技術要求、系統(tǒng)的設計與施工、系統(tǒng)的監(jiān)測與效益評估等也進行了詳細的剖析和論述，給出了太陽輻射資料等相關設計參數(shù)，并介紹了不同類型的實際工程案例。

本書既是《太陽能供熱采暖工程技術規(guī)范》GB 50495—2009的配套讀本，又是太陽能供熱采暖工程設計、施工、驗收、監(jiān)測、評估技術的實用工具書，可供從事太陽能供熱采暖工程的科研、設計、施工、監(jiān)理、質量監(jiān)督、檢測、咨詢等工程技術人員和高等院校的相獎專業(yè)師畢參孝伸用。

本書作者多年從事太陽能建筑熱利用技術的科研、設計、檢測和咨詢工作，主編《太陽能供熱采暖工程技術規(guī)范》GB50495、《平板型太陽能集熱器》GB/T6424等多部國家標準，《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術手冊》、《中國被動式太陽能采暖衛(wèi)生院》等多本著作。

前言

1 總論

1.1 背景

1.2 適用范圍

1.3 集成設計

1.4 全壽命周期費用

2 建筑設計的節(jié)能

2.1 建筑方案設計

2.1.1 集成設計的組織

2.1.2 建筑總平面設計

2.1.3 建筑的體形系數(shù)

2.2 太陽能利用

2.2.1 太陽與建筑

2.2.2 被動式太陽能系統(tǒng)

2.2.3 主動式太陽能系統(tǒng)